第8章首飾貴金屬材料的加工及性能

1、第8章 首飾貴金屬材料的加工工藝及性能第1節(jié) 貴金屬飾品的鑄造工藝 及性能將金屬或其合金加熱溶化后澆注到與首飾或零件的形態(tài)、尺寸相對(duì)應(yīng)的鑄型空腔內(nèi)，待其冷卻凝固，以獲得首飾或其零件毛坯的生產(chǎn)方法，稱為鑄造（或澆鑄）。流動(dòng)性、縮松及熱裂傾向是決定貴金屬飾品鑄造工藝性能的三個(gè)關(guān)鍵問題1.合金澆鑄的流動(dòng)性貴金屬或合金材料在進(jìn)行澆鑄成型過程中，液態(tài)金屬充填型腔的流動(dòng)能力稱為澆鑄流動(dòng)性。共晶體共晶體：一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反應(yīng)叫做共晶反應(yīng)。所生成的兩相混合物叫共晶體。n柱狀晶：在合金系中，結(jié)晶溫度間隔小的合金，在結(jié)晶過程中液相與固相的成分差別較小，結(jié)晶時(shí)形成柱狀晶，由模壁向模腔內(nèi)均勻長(zhǎng)大。

2、形成柱狀晶，流動(dòng)性增大n樹枝晶：結(jié)晶溫度間隔較大時(shí)，液相與固相成分差別大，晶體呈樹枝狀朝散熱的相反方向長(zhǎng)大，使未冷凝的液體流動(dòng)受阻，故影響合金的流動(dòng)性。合金的結(jié)晶溫度間隔越大，液、固相之間的成分差別越大，樹枝晶就越嚴(yán)重，對(duì)未凝固的金屬溶液流動(dòng)的阻礙也就越大，因而流動(dòng)性越低。 縮松：樹枝最后結(jié)晶的液體，其凝固收縮產(chǎn)生的空隙得不到金屬溶液的補(bǔ)縮，形成細(xì)小孔洞，即為縮松流動(dòng)性對(duì)縮松的影響：n合金的結(jié)晶溫度間隔越大，流動(dòng)性越低，縮松傾向也就越大n純金屬及共晶成分的合金，在固定溫度下結(jié)晶（結(jié)晶溫度間隔等于零），故流動(dòng)性最高，縮松傾向也最低對(duì)流動(dòng)性的影響因素：n化學(xué)成分（最重要）n澆鑄溫度n充型壓力n鑄型

3、的充填條件2鑄件的凝固與收縮（1）凝固鑄件的凝固指合金從液態(tài)至固態(tài)的轉(zhuǎn)變n逐層凝固n糊狀凝固n中間凝固鑄件的凝固方式主要決定于合金的結(jié)晶溫度和鑄件的溫度梯度（2）鑄造合金的收縮鑄造合金從澆鑄、凝固直至冷卻到室溫的過程，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為收縮。n液態(tài)收縮n凝固收縮n固態(tài)收縮合金的總收縮為上述三個(gè)階段收縮的總和。常用單位體積收縮量（即體積收縮率）來表示，合金的對(duì)于鑄件尺寸上的收縮常用單位長(zhǎng)度的收縮量（即線收縮率）來表示。對(duì)于鉑、金、銀等貴金屬的收縮量在6%-10%左右（3）鑄件的凝固與收縮n鑄件的收縮主要存在兩個(gè)問題: 縮孔與縮松金屬在凝固過程中，由于體積收縮，而又未能及時(shí)得到溶液的補(bǔ)足

4、，在最后凝固的部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和分布，可將其分為縮孔和縮松兩類n縮孔縮孔 集中在鑄件最后凝固的部位，常呈倒圓錐形，容積較大的孔洞稱為縮孔。n出現(xiàn)在鑄件上部或鑄件最后凝固的部位，多呈錐形、內(nèi)表面粗糙，一般隱藏在鑄件的內(nèi)部 n結(jié)晶溫度范圍窄的鑄造合金傾向于逐層凝固，容易形成縮孔。 n縮松縮松 縮松是指鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬或合金的補(bǔ)縮形成分散和細(xì)小的縮孔,稱為縮松或疏松n 形成縮松的基本原因雖然和形成縮孔的原因相同，但是形成的條件卻不同，它主要出現(xiàn)在結(jié)晶溫度范圍寬的合金中。 鑄件越厚，凝固收縮越大，澆鑄溫度越高，縮孔越大逐層凝固時(shí)，縮孔傾向大，縮松傾向小糊狀凝固時(shí)，縮孔傾

5、向小，縮松傾向大（4）縮孔、縮松的防止 縮孔、縮松的存在將嚴(yán)重降低首飾鑄件的強(qiáng)度和韌性以及抗氧化、抗腐蝕性能，并嚴(yán)重影響首飾拋光工藝，直接影響首飾的外觀質(zhì)量。n使用硬膜（金屬模）鑄造n結(jié)晶溶液外加壓力（壓力下結(jié)晶）n使鑄件實(shí)現(xiàn)“順序凝固”3.鑄件裂紋n 鑄件在固態(tài)收縮的過程中，由于各部分冷卻速度不同，將引起不均衡收縮，不均衡收縮產(chǎn)生的應(yīng)力稱為鑄造熱應(yīng)力。鑄造熱應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的主要原因。 根據(jù)鑄件產(chǎn)生裂紋的時(shí)間和過程，將鑄件裂紋分為熱裂和冷裂 冷裂：在鑄件完全凝固后，進(jìn)行冷卻過程中出現(xiàn)的裂紋稱為冷裂 熱裂：鑄件在完全凝固以前出現(xiàn)的裂紋稱為熱裂4 .鑄件中的氣孔氣孔是氣體在鑄件中形成的孔

6、洞。最常見的缺陷。造成的廢品占廢品總數(shù)的40%以上氣體來源： （1）溶解于貴金屬中的氣體 （2）石膏模具中部分易揮發(fā)的物質(zhì)在高溫氣化產(chǎn)生的氣體 （3）在澆鑄過程中模腔中的氣體進(jìn)入鑄件5 .離心鑄造工藝將液態(tài)合金澆注入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬合金在離心力的作用下充填鑄型并結(jié)晶，這種鑄造方式叫離心鑄造。 立式離心鑄造 臥式離心鑄造n鑄造的定義鑄造的定義 將金屬或其合金加熱熔化后澆鑄到與首飾或其零件的形態(tài)、尺寸相對(duì)應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得首飾或其零件毛坯的生產(chǎn)方法，稱為鑄造或者澆鑄。 這種方法可以一次性鑄造許多飾品，生產(chǎn)效率極高，而且可以制造形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的飾品，鑄件的大小

7、幾乎不受限制；n鑄造工藝的意義：鑄造工藝的意義： 鑄造對(duì)于首飾行業(yè)來說，具有非常重要的意義。首先，鑄造是一種工藝手段，它與其它金屬工藝如雕金、鍛金、琺瑯等一樣，具有自身獨(dú)有的工藝特性和藝術(shù)效果。 細(xì)分起來鑄造工藝還由于所用輔助材料的區(qū)別，還各有不同的工藝特色，如陶范鑄造能做出渾厚凝重的雕塑；成本低廉而又拙中見巧的砂形鑄造，可用于一些即興的工藝品；失蠟法鑄造的主要特點(diǎn)卻是細(xì)致精巧，最適于精細(xì)首飾制作。另外，失蠟法最重要的一點(diǎn)是，我們可以利用蠟的媒介轉(zhuǎn)換和可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)，做出許多直接對(duì)金屬加工所做不出來的效果，具有極強(qiáng)的表現(xiàn)力。 首飾可以通過多種鑄造工藝快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行復(fù)制。在具體應(yīng)用中可以根據(jù)自

8、己作品特點(diǎn)選擇不同的鑄造方法，以取得不同的藝術(shù)效果。 另外，精密鑄造機(jī)械的出現(xiàn)，使得首飾的大批量生產(chǎn)成為可能，可以節(jié)省原材料和時(shí)間，提高勞動(dòng)效率并降低勞動(dòng)成本，這就大大提高了生產(chǎn)效益，這也是首飾鑄造的最大意義所在。n失蠟澆鑄的步驟：“蠟板”-“銀版”-“蠟版”-“金屬版”1）選擇模型（通常是以銀、銅等金屬來作為原版）；（原版的生產(chǎn)可以直接起金屬版，也可以先制作一個(gè)蠟版）2）在金屬模型外包裹上壓膜生膠，硫化后形成橡膠模。我們稱為“壓膠膜”。3）用注蠟機(jī)熔化蠟料，注入膠膜制成蠟版；4）在蠟?zāi)Ｉ显O(shè)計(jì)“水口”，并將蠟?zāi)７N到蠟底座上，這個(gè)過程叫做“種蠟樹”；5）放入專用的模套（鋼鑄筒）內(nèi)。6）注入耐火鑄

9、粉漿液，并去除其中）注入耐火鑄粉漿液，并去除其中的空氣，我們稱之為的空氣，我們稱之為“灌漿灌漿”和和“抽抽真空真空”；7）干燥，使其凝固；8）烘干，脫蠟（失蠟），焙燒；9）選擇金屬或者合金材料，并計(jì)算、稱出要使 用的金屬的重量；10）熔化金屬或合金；11）對(duì)焙燒鑄模進(jìn)行澆鑄（澆鑄方法有：真空加壓澆鑄，吸索澆鑄，回旋真空加壓澆鑄，離心澆鑄，真空離心澆鑄等）；1212）將鑄模放入冷水冷卻后，取出鑄件；）將鑄模放入冷水冷卻后，取出鑄件；n與鑄造成敗相關(guān)的因素與鑄造成敗相關(guān)的因素1）熔模蠟料的配制對(duì)造型和所鑄形體的質(zhì)量有很大影響。2）鑄造用金屬液化狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性很重要。3）鑄造型腔的設(shè)計(jì)對(duì)鑄造的成敗有

10、關(guān)鍵作用。4）鑄造者的經(jīng)驗(yàn)（如對(duì)鑄造技術(shù)、機(jī)械與工藝的把握）對(duì)鑄造效果也至關(guān)重要?！耙粋€(gè)蠟板一個(gè)蠟板”-“一個(gè)銀版一個(gè)銀版”-“N-“N個(gè)蠟版?zhèn)€蠟版”-“N-“N個(gè)金屬版?zhèn)€金屬版”“一個(gè)蠟板的故事”起版起 版手工起版電腦起版“蠟蠟 雕雕”“J-cad”“J-cad”，“ “J-cam”J-cam”手工雕蠟版的具體工藝流程： 看單開料粗胚細(xì)胚撈底開鑲口修理 電腦雕蠟 JCAD建模，犀牛建模遞減式快速成型設(shè)備的典型代表是日本的JWX-10型雕蠟機(jī) 熔融沉積法（FDM） 光固化法（SLA） 紅色的樹脂硬度較高，適合于直接壓模，黃色的樹脂熔點(diǎn)相對(duì)低，適合于直接倒模。 “一個(gè)蠟板” “一個(gè)銀版”n水口棒

11、要與鑄件最厚的并很少有裝飾細(xì)節(jié)的位置相連。n此外，水口棒要盡可能的短，以免在鑄造過程中過快冷卻。澆鑄口留得粗些可以避免過早凝固，這一點(diǎn)很重要。因?yàn)橐话銇碚f，凝固最早出現(xiàn)在末端，向水口的根部逐漸發(fā)展。再說，較粗的澆口，還會(huì)在金屬收縮時(shí)，提供一定的余量，將收縮率及砂眼發(fā)生率降到最低。n澆口要做得筆直，以利于金屬熔液快速流入型腔。水口棒:水口棒的主要作用是保證蠟液失出和澆鑄時(shí)液體金屬流通順暢，是模澆道系統(tǒng)的最后一個(gè)分支。n澆鑄較復(fù)雜的造型，有時(shí)要做分叉的澆口，特別是粗細(xì)變化很多的設(shè)計(jì)。確認(rèn)水口與蠟型牢固連接。接合的地方要圍得粗些，以便金屬熔液流動(dòng)順暢。n銀版（金屬首版） 制作膠模首先要有首版（也稱頭

12、版）。通常的首版是用銀精制而成的。n壓膠膜n開膠膜n注蠟（唧蠟）n修整蠟?zāi)！耙粋€(gè)銀版”“N個(gè)蠟版”n壓膠膜壓膠膜1）劃分型線：劃分型線：用油性筆沿著版形邊緣劃出分型線，作為切開膠模的上下模分型位置，分型線位置的確定，以易于取模為原則。2）填膠填膠：采取塞、纏、補(bǔ)的方式將首版上的空隙位、凹位和鑲石位等填滿。3）壓模硫化壓模硫化：首先預(yù)熱，再放入已裝壓好生膠的壓模框，旋緊手柄使加熱板壓緊壓?？颉?加工膠模常見的問題及對(duì)策分析表n開膠模：開膠模： 在首飾工廠中是一項(xiàng)要求很高的技術(shù)，因?yàn)殚_膠模的好壞直接影響蠟?zāi)Ｒ约敖饘倜鞯馁|(zhì)量，而且還直接影響膠模的壽命。技術(shù)高超的開模師傅開出的膠模，在注蠟后基本沒有

13、變形、斷裂、披風(fēng)的現(xiàn)象，基本不需要修蠟、焊蠟，能夠節(jié)省大量修整工時(shí)，得到較高的生產(chǎn)效率。將壓模好的膠模割開，取出首版，并按樣版的形狀復(fù)雜程度，將膠模分成若干部分，使膠模在注蠟后能順利將蠟?zāi)Ｈ〕觥?四腳定位法：四腳定位法：開出的膠模有四個(gè)腳相互吻合固定，四腳之間的部分有采用直線切割的，也有采用曲線切割的。n注蠟（唧蠟）注蠟（唧蠟） 唧蠟是通過唧蠟機(jī)把蠟熔化后用氣壓注入膠模中，現(xiàn)常用的設(shè)備都是真空唧蠟機(jī)。 脫模劑 溫度壓力調(diào)節(jié) 注蠟操作取蠟件操作n修整蠟?zāi)Ｐ拚災(zāi)?一般而言，注蠟后取出的蠟?zāi)６紩?huì)或多或少地存在一些問題，如飛邊、多重邊、斷爪、肉眼可見的砂眼、部分或整體結(jié)構(gòu)變形、小孔不通、花頭線條不清

14、晰、花頭搭邊等等。對(duì)于飛邊、多重邊、花頭不清晰、花頭搭邊等缺陷可以用手術(shù)刀片修光；對(duì)于砂眼、斷爪可以用焊蠟器進(jìn)行焊補(bǔ)；小孔不通的可以用焊針穿透；對(duì)于蠟?zāi)５淖冃慰梢栽?050的熱水中進(jìn)行校正. 另外，對(duì)于手寸不同的戒指，如果等到執(zhí)模時(shí)再改指圈，無疑既費(fèi)工又費(fèi)料。所以一般的生產(chǎn)企業(yè)都是在修蠟?zāi)r(shí)直接改指圈。改指圈使用焊蠟器非常方便，焊好后用刀片修整一下焊縫即可?！癗個(gè)蠟版”“N個(gè)金屬版”n種蠟樹種蠟樹 n石膏粉漿的制作石膏粉漿的制作n烘焙石膏烘焙石膏n鑄造鑄造n石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯 n種蠟樹種蠟樹：將制作好的蠟?zāi)０凑找欢ǖ捻樞?，用焊蠟器沿圓周方向依次分層地焊接在一根

15、蠟棒上，使最終得到一棵形狀酷似大樹的蠟樹，再將蠟樹進(jìn)行灌石膏等工序。n石膏粉漿的制作石膏粉漿的制作 將蠟樹連底盤一起套上不銹鋼筒（鋼鈴），在鋼鈴?fù)饷嫔习鼏蚊婺z紙（膠紙最后應(yīng)該高出鋼鈴上沿20cm左右）備用。2）灌石膏：抽真空后的石膏漿馬上沿鋼鈴的內(nèi)壁緩緩注入，切忌將石膏漿直接倒在蠟樹上，直至石膏漿沒過蠟樹約1cm，立即進(jìn)行第二次抽真空。抽真空2分鐘完畢，自然放置612小時(shí)進(jìn)行以保證石膏的凝固。 1）拌石膏漿：按鋼鈴的具體容積備好相應(yīng)重量的石膏粉和水（若無蒸餾水，自來水也可），一般石膏粉和水的比例為22.5：1（這時(shí)的石膏漿比重約為2），可以根據(jù)氣候的干濕、冷暖，以及鑄模的大小、復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)

16、整，水溫在2025之間比較適宜。先將水放入攪拌容器中，開動(dòng)攪拌器，逐步放入石膏粉，攪拌10分鐘左右，即可進(jìn)行第一次抽真空（12分鐘）。n烘焙石膏烘焙石膏 石膏模的烘焙是保證澆鑄正常進(jìn)行的重要工序。一般而言，18K金的鑄模烘焙時(shí)間為612小時(shí)，鉑金的鑄模烘焙時(shí)間為1220小時(shí)。烘焙的作用主要有：脫蠟、干燥和澆鑄保溫。以18K金的烘焙為例，脫蠟溫度為0350，保溫時(shí)間2小時(shí)；干燥溫度為350700，保溫時(shí)間23小時(shí)；澆鑄保溫溫度為600500，保溫時(shí)間12小時(shí)。一般的烘焙過程是：首先將電阻爐預(yù)熱到起始溫度，將石膏模水口向下放入爐中，以便使蠟液流出蒸發(fā)；在起始溫區(qū)恒溫1小時(shí)后，再以12小時(shí)的間隔逐步

17、升/降溫和恒溫。注意升溫（或降溫）速度應(yīng)該保持在100200/小時(shí)，否則升溫過快容易形成石膏模的裂紋，嚴(yán)重的可能造成石膏模損壞或報(bào)廢，升溫過慢又容易造成遺蠟或石膏模干燥不徹底，影響鑄件的質(zhì)量。石膏模的烘焙時(shí)間主要取決于金樹的大小和復(fù)雜程度，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。n鑄造鑄造 石膏模的烘焙接近尾聲時(shí)，開始熔化已配好的金并保持熔融狀態(tài)。待石膏模保溫完畢，將金水從水口注入，完成澆鑄。 常見的兩種澆鑄方式是真空吸鑄機(jī)吸鑄和真空感應(yīng)離心澆鑄機(jī)澆鑄。 離心澆注離心澆注 ：若干鑄型放射狀地安置在中心澆道的四周，全部鑄型繞中心澆口旋轉(zhuǎn)，利用離心力改善充填和補(bǔ)縮的鑄造方法。 真空吸鑄真空吸鑄：利用負(fù)壓將熔融金

18、屬吸入鑄型（結(jié)晶器）的鑄造方法。 合金鑄造時(shí)常見問題n石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯 澆鑄后的石膏模處于高溫狀態(tài)，從澆鑄機(jī)中取出后自然放置1030分鐘，再放入冷水中進(jìn)行炸洗。 石膏由于收縮作用炸裂后，取出金樹，用鋼刷刷去大塊的石膏，放入30的氫氟酸中浸泡10分鐘，再夾出，沖洗；用高壓清洗噴槍噴洗金樹，除去剩余的石膏，直至金樹表面干凈。 將金樹上的首飾沿水口底 部剪下，晾干，稱重即可交付 入庫或進(jìn)行下道工序。n蠟鑲蠟鑲 蠟鑲是首飾工藝技術(shù)人員在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中逐步總結(jié)和創(chuàng)新的結(jié)果。 蠟鑲是依照失蠟鑄造常規(guī)工藝流程的基本原則進(jìn)行的，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：它在起銀版時(shí)就將寶石鑲嵌到鑲口

19、上，壓膠模后就會(huì)在膠模上留下寶石和鑲口的形狀，注蠟之前將選好的寶石緊密嵌入膠模對(duì)應(yīng)位置，再合上膠模進(jìn)行注蠟。這樣，注出的蠟?zāi)＞鸵呀?jīng)鑲嵌好了寶石，再直接進(jìn)行澆鑄就可以得到鑲好寶石的金屬模了。 蠟鑲并不適用于所有狀況。它應(yīng)該至少具備兩個(gè)前提一、所鑲的寶石可耐受金水注入時(shí)的高溫；如鉆石、紅寶石、藍(lán)寶石、石榴石、橄欖石、立方氧化鋯等。二、鑲嵌的寶石較多，且常規(guī)鑲嵌方法較復(fù)雜。蠟鑲通常多用于多粒鉆石的槽鑲、釘鑲和包鑲，有時(shí)也可用于單?；?3粒鉆石的爪鑲、槽鑲、釘鑲和包鑲。 在批量生產(chǎn)方式中，蠟鑲可大大縮短鑲嵌工時(shí)，對(duì)提高生產(chǎn)效率具有非常顯著的功效。這一工藝方法尤其適合制造那些采用復(fù)雜鑲嵌方法的首飾款式。第2節(jié) 貴金屬材料的錘鍛工藝 及性能 塑性好壞：伸長(zhǎng)率及斷面收縮率的大小反應(yīng)了材料的塑性好壞 變形抗力：抗拉強(qiáng)度b屈服強(qiáng)度s反映了變形抗力屈強(qiáng)比（ b /s ）：表征材料變形